一种基于拉线控制的机械手的制作方法
【专利摘要】一种基于拉线控制的机械手，包括机械手机架、电机绕线机构、线控制机构、机械手指节机构、指尖压力缓冲部以及PLC控制系统；电机绕线机构包括电机、联轴器和螺纹杆，螺纹杆连接线控制机构中的绕线，电机带动螺纹杆旋转并带动绕线在螺纹杆上缠绕；线控制机构包括绕线、拉力线、拉力传感器、连接线和线端连接器，绕线一端连接螺纹杆，另一端连接拉力传感器，拉力传感器的下端连接拉力线，拉力线通过线端连接器、连接线与机械手指节机构相连；机械手指节机构由四根可弯曲手指组成，每根手指包括上指节、中指节和指尖节；所述指尖节的末端连接指尖压力缓冲部。本发明的机械手结构简洁、控制简单、实用性强、制造成本低、具有很高的通用性。
【专利说明】一种基于拉线控制的机械手
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种机械手结构，特别是涉及一种基于拉线控制的机械手结构，属于搬运机械领域。
【背景技术】
[0002]机械手广泛应用于化工、制造和物流等行业中，以其可以节省人工，提高效率、降低成本、安全性好等优点，现有的机械手以液压式和气动式为主，虽然被广泛应用但依然存在很多缺点，例如:机械手通用性差、成本高昂、对工作环境以及抓取物品的特定性要求较高，结构较为复杂且抓取力不协调，同时控制系统也比较复杂等缺点。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于，克服现有技术的不足之处，提供一种具有通用性高、对外界条件要求低、机构和控制系统简单且抓力充足的机械手必定会有广泛的应用前景。
[0004]为达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现:
[0005]一种基于拉线控制的机械手，所述机械手包括机械手机架、电机绕线机构、线控制机构、机械手指节机构、指尖压力缓冲部以及PLC控制系统；
[0006]所述机械手机架由上部的电机绕线连接部、中间的线连接区域以及下部的指节连接区域三部分组成；所述电机绕线机构包括电机、联轴器和螺纹杆，电机与机械手机架的电机绕线连接部刚性连接，螺纹杆连接线控制机构中的绕线，电机带动螺纹杆旋转并带动绕线在螺纹杆上缠绕；所述线控制机构包括绕线、拉力线、拉力传感器、连接线和线端连接器，线控制机构整体设置在机械手机架的中间的线连接区域，绕线一端连接螺纹杆，另一端连接拉力传感器的上端，拉力传感器的下端连接拉力线，拉力线通过线端连接器、连接线与机械手指节机构相连；所述机械手指节机构由四根相同的可弯曲手指组成，每根手指均包括上指节、中指节和指尖节；所述指尖节的末端连接指尖压力缓冲部。
[0007]进一步地,所述线控制机构中的连接线为长指端连接线和短指端连接线,所述线端连接器为3个，根据在线连接区域中的上下位置，分别为上线端连接器、中线端连接器和下线端连接器，所述拉力线连接上线端连接器，所述连接线包括长指端连接线和短指端连接线。
[0008]进一步地，所述四根相同的可弯曲手指两两相对，每根手指还包括连接相邻两个指节的连接片、销轴、连接螺栓和扭簧；其中，连接片上部为长条孔结构，下部为圆孔结构，连接螺栓穿过连接片上部的长条孔拧入上指节的螺纹孔，穿过连接片下部的圆孔拧入中指节的螺纹孔，销轴穿过扭簧并连接上指节与中指节，并用同样方式连接中指节和指尖节，所述指尖节背面还设有紧固螺栓用以固定长指端连接线和短指端连接线的线头。
[0009]进一步地,在所述线控制机构中，所述长指端连接线一端与一根手指的指尖节上的紧固螺栓相连，另一端依次穿过指尖节的通孔、中指节通孔、上指节通孔，并穿过上线端连接器，继续穿过设置在相对位置的另一根手指的上指节通孔、中指节通孔、指尖节通孔并与另一根手指的指尖节上的紧固螺栓相连；所述短指端连接线以类似方式连接剩余两根手指，其中间位置是穿过下线端连接器。
[0010]进一步地，在线控制结构中还设置有平衡线，平衡线一端与中线端连接器相连，另一端穿过上线端连接器与下线端连接器相连，所述线端连接器的上部为线端连接孔，下部为穿线环结构。
[0011]进一步地，所述PLC控制系统根据拉力传感器测得的拉力值与预设值进行判断，控制电机的转动与停止。
[0012]与现有技术相比，本发明具有以下创新点:
[0013](I):利用单电机进行控制，并且手指可以自动恢复伸直状态，设计出了一种被动弯曲，主动伸长的手指。
[0014](2):充分应用力学中的“分力”及线灵活性的特点，设计得到一套控制简单、受力灵活的拉线控制机构。
[0015](3):控制线沿螺纹杆凹槽进行缠绕，增加传动的稳定性。
[0016]本发明的有益效果为:机械手结构简洁、控制简单、实用性强、制造成本低、缓冲橡胶垫的设置可抓取易碎物品、抓取时无需精确定心、可在复杂工作环境下使用，所以有很高的通用性。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1机械手的整体结构的示意图；
[0018]图2电机绕线机构的示意图；
[0019]图3线控制机构的上部分连线示意图；
[0020]图4线控制机构的中间部分连线示意图；
[0021]图5线控制机构的机械手指节部分连线示意图；
[0022]图6机械手指节机构的示意图；
[0023]图7指尖压力缓冲橡胶垫的示意图；
[0024]图8指尖节部分的线头连接示意图；
[0025]图9扭簧安装的示意图；
[0026]图10线端连接器的示意图。
[0027]图中各部件名称如下:
[0028]1-机械手机架，2-轴承，3-螺纹杆，4-绕线，5-联轴器，6-电机，7_电机紧固螺栓，8-电机紧固螺母，9-拉力传感器，10-拉力线，11-线端连接器，11-1-上线端连接器，11-2-中线端连接器，11-3-下线端连接器，12-平衡线，13-长指端连接线，14-短指端连接线，15-机械手指节固定螺栓组，16-上指节，17-橡胶垫，18-指尖节，19-连接片，20-销轴，21-螺栓，22-中指节，23-扭簧，24-紧固螺栓，25-线端连接孔，26-穿线环
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图对本发明进行详细描述。
[0030]本发明的基于拉线控制的机械手是一种将方箱类、圆桶类具有一定高度的物体进行自动抓取搬运的机械手。[0031]参照图1，图1为本发明的基于拉线控制的机械手的整体结构示意图，一并结合其他附图，本发明的机械手包括:机械手机架、电机绕线机构(图2)、线控制机构(图3-图5，图10)、机械手指节机构(图6-图9)、指尖压力缓冲部(图7)、基于拉力传感器的控制系统。
[0032]对上述结构的组成和连接关系详细描述如下:
[0033]参照图1，机械手机架I为一支撑框架结构，其包括上部的电机绕线连接部、中间的线连接区域以及下部的机械手指节连接区域，其中电机绕线连接部设有四个螺栓组连接孔、设置在机架I两端并穿过机架的两个机体连接孔和设置在机体连接孔内的两个轴承座孔。机械手机架I的下部的机械手指节连接区域设有四个螺纹孔和四个斜圆孔，四个螺纹孔用于固定连接四个机械手指节机构，四个斜圆孔用于穿过连接机械手指节的连接线。
[0034]参照图2，电机绕线机构固定于机械手机架I的上部，包括电机6、联轴器5和螺纹杆3，其中电机6通过四组电机紧固螺栓7和电机紧固螺母8与设置在电机绕线连接部上的螺栓组连接孔配合，将电机固定在机械手机架I的上部一侧，电机轴通过联轴器5连接螺纹杆3，螺纹杆3穿过两个机体连接孔，两个机体连接孔内分别设置一组轴承座孔，螺纹杆3在轴承座孔内通过深沟球轴承2支撑，并与机架进行连接。电机6能够带动螺纹杆3实现正反转，控制电机绕线机构的运行。
[0035]线控制机构具体包括绕线4、拉力传感器9、拉力线10、连接线以及3个线端连接器11。其中连接线具体为长指端连接线13和短指端连接线14，3个线端连接器分别为上线端连接器11-1，中线端连接器11-2，下线端连接器11-3，此外还设有平衡线控制机构的平衡线12。根据在机架上的上下位置，一并参照图2-图4，绕线4的上端与螺纹杆3相连接，使绕线4随螺纹杆3转动而缠绕在螺纹杆3螺纹的凹处，绕线4的下端与拉力传感器9相连，拉力线10的上端与拉力传感器9的下端相连，拉力线10的另一端连接上线端连接器11-1。参照图4、5、6和图8，长指端连接线13 —端与紧固螺栓24相连，另一端依次穿过指尖节18的通孔、中指节22通孔、上指节16通孔、机械手机架I下端的斜圆孔，并穿过上线端连接器11-1，继续穿过另一个相对位置的机械手机架I下端的斜圆孔、另一个相对的手指的上指节16通孔、中指节22通孔、指尖节18通孔与紧固螺栓24相连。短指端连接线14以类似方式连接剩余两根手指，其中间位置是穿过下线端连接器11-3。也就是说，长指端连接线13是因为中间穿过的是上线端连接器11-1，因此比中间穿过下线端连接器11-3的短指端连接线14的长度要长。而为了平衡两条线的拉力，还设置有平衡线12，平衡线12—端与中线端连接器11-2相连，另一端穿过上线端连接器11-1与下线端连接器11-3相连。参照图10，线端连接器11上部为线端连接孔25，下部为穿线环26，因此可与穿过线有相对滑动。紧固螺栓24能够微调线长并固定线端。所有的线均为尼龙线。
[0036]参照附图6-图9，机械手指节机构由四根相同的可弯曲手指组成，四根手指两两相对，并通过机械手机架I下部的四个螺纹孔用机械手指节固定螺栓组15进行刚性连接，每根手指都包括上指节16、中指节22和指尖节18。相邻两个指节能够做到被动弯曲和王动伸长。此外，还包括连接相邻两个指节的连接片19、销轴20、螺栓21、扭簧23和紧固螺栓24。其中，连接片19上部为长条孔结构，下部为圆孔结构，上指节16通过固定螺栓组15连接机械手机架的下部，销轴20穿过扭簧23并连接上指节与中指节，并用同样方式连接中指节和指尖节，使手指被动弯曲，主动伸长。螺栓21穿过连接片19上部的长条孔拧入上指节的螺纹孔，穿过连接片19下部的圆孔拧入中指节的上螺纹孔，其中螺栓21可与连接片19的长条孔产生相对滑动，连接片的安装限制了手指弯曲与伸长的角度，同样的方式固定连接中指节22和指尖节18。紧固螺栓24拧入指尖节18背面的螺纹孔用以固定长指端连接线13和短指端连接线14的线头，并可微调指端连接线的有效工作长度。
[0037]指端压力缓冲部具体为设置在指尖节18位置上的橡胶垫17，橡胶垫胶粘连接到指尖节18的内侧工作面。
[0038]基于拉力传感器的控制系统为PLC控制系统，其以拉力传感器9为主体，以测得的拉力值与预设值进行判断，控制电机的转动与停止。
[0039]本发明的基于拉线控制拱形机构的机械手主要组成部分的功能及工作过程如下:
[0040](I)电机绕线机构:电机6通过联轴器5驱动螺纹杆3转动，进而使绕线4沿螺纹杆3的凹槽进行缠绕。
[0041](2)线控制机构:绕线4拉动拉力传感器9、拉力线10向上运动，拉力线10通过上线端连接器11-1带动平衡线12两端向上运动，上线端连接器ll-ι与平衡线12有相对滑动使平衡线12两端受力相同，因此进而带动下线端连接器11-3以相同方式带动长指端连接线13和短指端连接线14两端向上运动，进而使四指指尖受力相同。
[0042](3)机械手指节机构:指端连接线的端部向上运动先使指端扭簧23弯曲，进而手指整体弯曲。
[0043](4)指端压力缓冲部:指尖节18上的橡胶垫17与被拿物体接触，随着指端连接线线端的向上运动使压力增大。
[0044](5)基于拉力传感器的控制系统:将拉力传感器9的输出值输入到PLC控制系统中，当数值达到设置的预设值，电机停转。
[0045](6)电机绕线机构:电机6反转与扭簧23共同作用使绕线4绕离螺纹杆3，手指主动伸长，进而使橡胶垫17与物体之间压力减小，最终放下物体。
[0046]此外，本发明也可以有其他的实施方式。例如可改装机械手机架使其可安装六根手指且隔角为60°，以增大抓力；可以改变现有两组手指之间的夹角以满足实际生产的需要；可以对机械手进行整体旋转，以满足抓举位置的微调；可以将多个机械手抓取模块安装在一套运动机架上可同时抓取多个物体，大大提高效率，节约成本。
[0047]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【权利要求】
1.一种基于拉线控制的机械手，其特征在于，所述机械手包括机械手机架、电机绕线机构、线控制机构、机械手指节机构、指尖压力缓冲部以及PLC控制系统； 所述机械手机架由上部的电机绕线连接部、中间的线连接区域以及下部的指节连接区域三部分组成； 所述电机绕线机构包括电机、联轴器和螺纹杆，电机与机械手机架的电机绕线连接部刚性连接，螺纹杆连接线控制机构中的绕线，电机带动螺纹杆旋转并带动绕线在螺纹杆上缠绕； 所述线控制机构包括绕线、拉力线、拉力传感器、连接线和线端连接器，线控制机构整体设置在机械手机架的中间的线连接区域，绕线一端连接螺纹杆，另一端连接拉力传感器的上端，拉力传感器的下端连接拉力线，拉力线通过线端连接器、连接线与机械手指节机构相连； 所述机械手指节机构由四根相同的可弯曲手指组成，每根手指均包括上指节、中指节和指尖节； 所述指尖节的末端连接指尖压力缓冲部； 所述PLC控制系统控制电机的转动。
2.根据权利要求1所述的基于拉线控制的机械手，其特征在于，所述线控制机构中的连接线为长指端连接线和短指端连接线，所述线端连接器为3个，根据在线连接区域中的上下位置，分别为上线端连接器、中线端连接器和下线端连接器，所述拉力线连接上线端连接器，所述连接线包括长指端连接线和短指端连接线。
3.根据权利要求2所述的基于拉线控制的机械手，其特征在于，所述四根相同的可弯曲手指两两相对，每根手指还包括连接相邻两个指节的连接片、销轴、连接螺栓和扭簧；其中，连接片上部为长条孔结构，下部为圆孔结构，连接螺栓穿过连接片上部的长条孔拧入上指节的螺纹孔，穿过连接片下部的圆孔拧入中指节的螺纹孔，销轴穿过扭簧并连接上指节与中指节，并用同样方式连接中指节和指尖节，所述指尖节背面还设有紧固螺栓用以固定长指端连接线和短指端连接线的线头。
4.根据权利要求3所述的基于拉线控制的机械手，其特征在于，在所述线控制机构中，所述长指端连接线一端与一根手指的指尖节上的紧固螺栓相连，另一端依次穿过指尖节的通孔、中指节通孔、上指节通孔，并穿过上线端连接器，继续穿过设置在相对位置的另一根手指的上指节通孔、中指节通孔、指尖节通孔并与另一根手指的指尖节上的紧固螺栓相连；所述短指端连接线以类似方式连接剩余两根手指，其中间位置是穿过下线端连接器。
5.根据权利要求4所述的基于拉线控制的机械手，其特征在于，在线控制结构中还设置有平衡线，平衡线一端与中线端连接器相连，另一端穿过上线端连接器与下线端连接器相连，所述线端连接器的上部为线端连接孔，下部为穿线环结构。
6.根据权利要求1-5任一项所述的基于拉线控制的机械手，其特征在于，所述PLC控制系统根据拉力传感器测得的拉力值与预设值进行判断，控制电机的转动与停止。
【文档编号】B25J9/18GK103624785SQ201310676401
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月12日 优先权日:2013年12月12日
【发明者】陈成军, 孙晓坤, 于晓东, 郝迥越, 杨元月, 周来 申请人:青岛理工大学